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功能化铁氧镍制备及对重金属和有机污染物检测/去除的应用研究

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功能化铁氧镍制备及对重金属和有机污染物检测/去除的应用研究

作者：刘明洋辽宁大学

学位级别：硕士

近年来,环境污染问题一直困扰着人们。功能化纳米材料由于其比表面积大,包含大量官能团,因而具有优越的吸附性能,在对环境污染物检测和去除方面的应用受到了越来越多的关注。本文研究中,通过简单的一步水热法设计合成功能化的三维磁性... 详细信息

近年来,环境污染问题一直困扰着人们。功能化纳米材料由于其比表面积大,包含大量官能团,因而具有优越的吸附性能,在对环境污染物检测和去除方面的应用受到了越来越多的关注。本文研究中,通过简单的一步水热法设计合成功能化的三维磁性中空多孔铁氧镍纳米微球(MHPS-NiFeO),并将其应用到对实际样品中多种重金属离子(Cu2+,Cd2+,Cr3+,Co2+和Zn2+)的同时检测;以及水溶液中有机污染物(恩诺沙星(ENR),诺氟沙星(NOR)和环丙沙星(CIP))与无机污染物(Cu2+,Cd2+,Cr3+和Zn2+)共混体系的同时去除研究。本文的基本研究如下:1.)采用简单的一步水热法,成功设计制备了功能化三维磁性中空多孔铁氧镍纳米微球(MHPS-NiFeO),并应用多种技术手段对其进行表征。在XRD谱图中显示其具备尖晶石结构铁氧镍的特征峰。在SEM图像上可以清晰的观察的MHPS-NiFeO形貌特征,破损的微球图像进一步说明其是由纳米粒子自主装堆集而成的中空多孔纳米微球形貌。并应用其他手段进行表征,如红外,EDS,热重等,结果证明MHPS-NiFeO表面被修饰上大量的氨基和含氧官能团,这有利于增强吸附剂的吸附性能。在磁滞回线分析中,MHPS-NiFeO的饱和磁化强度(Ms)的值约为10.12emu·g-1,可用磁铁进行固液分离,便于回收利用。MHPS-NiFeO可能的生长机理被推测,在水热条件下尿素分解,产生NH3和CO2的气泡。溶解在乙醇中的Fe3+和Ni2+离子在高温下成核,并自组装成NiFeO纳米颗粒。许多NiFeO纳米颗粒聚集,并逐渐沉积在气泡表面上。然后,中空多孔NiFeO微球慢慢地在核体表面上原位生长。此外,作为改性剂的尿素还可以通过水热法提供如-NH 2和-C=O的官能团,以提高其吸附能力。2.)应用新合成的功能化磁性中空多孔铁氧镍纳米微球做为高效吸附剂对五种重金属离子进行固相萃取,并联合ICP-OES对五种金属离子同时检测。MHPS-NiFeO具有高的磁响应信号和优良的水分散性能,并且在最佳的萃取条件下对Cd2+,Co2+,Cr3+,Cu2+和Zn2+五种金属离子拥有良好的吸附性能。MHPS-NiFeO对Zn2+,Cr3+,Cu2+和Cd2+均可以到达95%以上的吸附率,对Co2+的吸附率也可以达到80%以上。当10mL的2.5mol·L-1HAc:0.25mol·L-1HCl(2:1,v/v)作为洗脱溶剂,超声洗脱20min时,五种金属离子的回收率均在80%以上。最佳萃取条件下,该方法对于Cu2+,Cd2+,Cr3+,Co2+和Zn2+的检测限分别低至0.015μg·L-1,0.13μg·L-1,0.062μg·L-1,0.035μg·L-1和0.46μg·L-1,并且富集倍数为6。方法的重复性良好,相对标准偏差(RSD)为3.87%。在对实际样品(白菜,生菜,苹果,海水)中重金属离子(Cu2+,Cd2+,Cr3+,Co2+和Zn2+)的加标回收研究中,回收率范围在92-108%之间,结果令人满意。3.)应用制备的功能化磁性中空多孔铁氧镍纳米微球(MHPS-NiFeO)去除水溶液中的多种无机和有机污染物共混液,如Cd2+,Cu2+,Cr3+和Zn2+离子,环丙沙星(CIP),恩诺沙星(ENR)和诺氟沙星(NOR)。MHPS-NiFeO对目标物展现出卓越的吸附性能,所有目标物在溶液pH条件为5,振荡时间60分钟内均可达到80%以上的去除。在本文中,详细探讨了MHPS-NiFeO对单组分重金属离子/单组分有机污染物的吸附,多组分重金属离子/多组分有机污染物的竞争吸附,以及在共混体系中多种无机和有机污染物的同时和连续吸附过程。在对其吸附等温线研究中发现,四种无机金属离子符合表面单层吸附的Langmuir模型,而三种有机污染物符合非均相吸附的Freundlich模型。在二元或多组分体系中对比吸附结果,Cr3+/ENR均优先被MHPS-NiFeO吸附,表明其与MHPS-NiFeO之间具有更强的亲和性。对于相同类型的污染物,由于多组分系统中的存在竞争效应,导致MHPS-NiFeO对每种目标物的吸附能力降低。由于吸附无机污染物和有机污染物的机理具有明显差异,研究发现在共混体系的同时和连续吸附过程中金属离子的吸附不影响有机化合物的吸附,反之亦然。最后,通过对吸附剂吸附前后红外谱图的分析推断目标物和MHPS-NiFeO之间的可能吸附机制,有机污染物的去除是由于氢键和分子间氢键,无机金属污染物主要归因于金属离子与MHPS-NiFeO的-NH2或-C=O官能团的络合作用。

关键词：功能化纳米材料固相萃取重金属离子检测污染物去除

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改良A2/O去除污染物耦合污泥减量研究

改良A2/O去除污染物耦合污泥减量研究

作者：刘鹏鹏河北工程大学

学位级别：硕士

技术和经济蓬勃发展,使人类社会呈现空前繁荣的面貌,而人口爆炸以及工业迅猛发展为污水处理提出新的要求。污泥作为污水的重要构成,内含大量细菌、病毒、重金属等有害物质,未经妥善处理的污泥极易对环境造成二次污染,拖缓构建绿色环保... 详细信息

技术和经济蓬勃发展,使人类社会呈现空前繁荣的面貌,而人口爆炸以及工业迅猛发展为污水处理提出新的要求。污泥作为污水的重要构成,内含大量细菌、病毒、重金属等有害物质,未经妥善处理的污泥极易对环境造成二次污染,拖缓构建绿色环保经济的步伐,如何开发和探索污泥减量技术一直吸引着业内人士广泛关注。本研究首先聚焦改良A+OSA工艺污泥减量耦合污染物去除,通过调整水力停留时间HRT、污泥厌氧停留池的污泥停留时间ASRT等运行参数,分析各运行参数对A+OSA工艺污泥减量及除污效果影响。其次,通过对比改良A/O工艺与污泥段增设污泥厌氧池的改良A+OSA工艺,及其污染物去除效能及污泥减量效果。所得研究结论如下:(1)在各HRT下对比两种工艺去除有机污染物及脱氮除磷可以得出:HRT=8h时,改良A+OSA对COD的去除率为96.81%,对TN的去除率为76.10%,对NH-N的去除率为99.14%,对TP的去除率为86.16%。确定最佳的HRT为8h。在既定区间范畴之内,污泥厌氧池停留时间长度与污泥产生数量之间呈现为反比例关系。污泥停留时间是6h的情况下,污泥产率是0.161gMLSS/gCOD;停留时间是7h情况下,污泥产率是0.147gMLSS/gCOD;停留时间是8h情况下,污泥产率是0.109gMLSS/gCOD。(2)经过改良A+OSA与改良A/O工艺对比,改良A+OSA具备良好的减量效果,在持续运行30天之后,累积减少的污泥排放数量达到156.67g。其中,改良A+OSA与改良A/O工艺各自的污泥产率系数是0.07gMLSS/gCOD与0.126gMLSS/gCOD。污泥减量率提高至49.3%。(3)在使用污泥厌氧池的情况下并未对污染物去除效果产生不利影响。在系统持续运行之后,进水COD平均浓度是447.93mg/L,进水TN平均浓度是53.71mg/L,进水NH-N的平均浓度是40.29mg/L,进水TP平均浓度是5.48 mg/L。改良A+OSA工艺对应的出水COD平均浓度是19.67mg/L,出水TN平均浓度是11.66mg/L,出水NH-N平均浓度是0.33mg/L,出水TP平均浓度是0.22mg/L,改良A/O工艺对应的出水COD平均浓度是23.6 mg/L,出水TN平均浓度是13.73mg/L,出水NH-N的平均浓度是0.29mg/L,出水TP平均浓度是0.27mg/L。

关键词：改良A2+OSA工艺污泥减量比好氧速率污染物去除

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挥发性有机污染物去污过程的数值模型及应用

化工学报 2005年第10期56卷 1962-1966页

作者：薛强梁冰王惠芸武汉工业学院多孔介质力学研究所中国科学院武汉岩土力学研究所湖北武汉430071 辽宁工程技术大学力学与工程科学系

基于多孔介质渗流力学和溶质运移理论,建立了描述挥发性有机污染物在非饱和土壤中运移的耦合动力学模型,并采用有限差分方法对模型进行数值求解.利用所建立的数值模型对土壤气体抽排状态下甲基叔丁基醚有机污染物的去污过程进行定量化模... 详细信息

基于多孔介质渗流力学和溶质运移理论,建立了描述挥发性有机污染物在非饱和土壤中运移的耦合动力学模型,并采用有限差分方法对模型进行数值求解.利用所建立的数值模型对土壤气体抽排状态下甲基叔丁基醚有机污染物的去污过程进行定量化模拟,并与实验测试结果进行对比分析.数值模拟结果表明:在连续抽排条件下污染气体的分布范围和浓度均明显减小,抽排前期对气体浓度分布有较大的影响,且数值模拟结果和实验测试数据吻合较好,可为气体抽排系统工程设计及环境预测评价提供技术支持.

关键词：挥发性有机污染物污染物去除气体抽排数值模型有限差分

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海水曝气生物滤器污染物沿程转化规律的研究

中国环境科学 2011年第11期31卷 1808-1814页

作者：张延青陈江萍沈加正侯沙沙刘杨刘鹰青岛理工大学环境与市政工程学院山东青岛266033 中国科学院海洋研究所山东青岛266071 煤炭工业石家庄设计研究院河北石家庄050051

以竹制空心生化球填料生物滤器处理海水养殖废水为对象，在水力负荷为0．58m3／[m3（填料）·h]、氨氮负荷为（0．35—0．46）g／[m3（填料）.h]、有机负荷约为11．58g／[m3（填料）.h]、气水比3：1、pH值为7．8～8．0、DO浓度2．8—5．... 详细信息

以竹制空心生化球填料生物滤器处理海水养殖废水为对象，在水力负荷为0．58m3／[m3（填料）·h]、氨氮负荷为（0．35—0．46）g／[m3（填料）.h]、有机负荷约为11．58g／[m3（填料）.h]、气水比3：1、pH值为7．8～8．0、DO浓度2．8—5．8mg／L的条件下，考察了有机物和总氨氮（TAN）的沿程转化规律，分析了污染物的空间分布特性．结果表明：在给定的运行条件下，CODMn的主要去除区间在滤器的0～10cm高度，其中CODMn和溶解性CODMn在此处的去除率分别为49．12％和34．88％；TAN的主要去除区间为0～30cm，其中10cm处TAN的去除率为18％，30cm处为55％；生物量和生物活性由下向上呈递减的分布趋势；生物滤器污染物的主要去除区间为0-30cm，受到水质、水量冲击时，较高层的填料（30—60cm）起到了缓冲作用，将下层生物膜未能降解的污染物去除．

关键词：海水养殖废水生物滤器污染物去除生物量生物活性

通气对复合生物滤池处理晚年期渗滤液污染物效果影响及微生物群落结构分析

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环境科学学报 2011年第7期31卷 1479-1485页

作者：戴淑萍谢冰李斐斐吕宝一唐媛华东师范大学环境科学系上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室上海200062

以上海老港垃圾填埋场填埋多年的陈垃圾和废弃多孔滤料为填料构建复合生物滤池处理晚年期垃圾渗滤液.研究了不同运行条件下复合生物滤池对晚年期渗滤液的处理效果,并对不同通气状况下功能微生物的数量、组成和群落结构,以及与处理效果... 详细信息

以上海老港垃圾填埋场填埋多年的陈垃圾和废弃多孔滤料为填料构建复合生物滤池处理晚年期垃圾渗滤液.研究了不同运行条件下复合生物滤池对晚年期渗滤液的处理效果,并对不同通气状况下功能微生物的数量、组成和群落结构,以及与处理效果之间的关系进行了分析.结果表明:通气对污染物的去除率有较明显的提高,在复合生物滤池中部通气条件下(气固比0.3)较未通气复合生物滤池对COD、NH4+-N和TN的去除率分别高出10、30和10个百分点,而继续增大通气(气固比0.4)对污染物质的去除增加不明显.微生物计数结果表明,复合生物滤池上部微生物数量明显多于下部,上部的异样细菌和硝化细菌数量明显增多,亚硝化细菌数量明显减少,反硝化细菌变化不显著.PCR-DGGE结果表明通气较未通气条带数量和亮度有明显的改变,说明通气改变了反应器中的微生物群落结构.测序结果表明滤池中主要的优势微生物与***1354、Alcanivoraxsp.521-1、uncultured β-proteobacterium、Dechloromonas aromaticaRCB、Proteobacteria.等具有很高的相似性.

关键词：复合生物滤池老龄渗滤液通气污染物去除微生物群落结构 PCR-DGGE

湖北某水厂废水水质特征及对污染物的强化去除研究

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环境与发展 2018年第5期30卷 65-66页

作者：王洪君中工武大设计研究有限公司湖北武汉430070

近年来我国水污染问题尤为突出,治理任务相当繁重。以湖北某水厂废水特点为例进行研究,取样分析水质特征及存在污染物,采用新型降解方式对水厂废水进行科学降解,从而实现水厂污水处理的稳定和良性运行。通过与传统污水处理方式进行对比... 详细信息

近年来我国水污染问题尤为突出,治理任务相当繁重。以湖北某水厂废水特点为例进行研究,取样分析水质特征及存在污染物,采用新型降解方式对水厂废水进行科学降解,从而实现水厂污水处理的稳定和良性运行。通过与传统污水处理方式进行对比,探讨新型污水处理模式的优势并积极治理废水污染,维护生态平衡方便人民生活。

关键词：水厂废水水质特征污染物去除

高锰酸钾与粉末活性炭联用强化去除水中微量污染物的研究

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上海电力学院学报 2009年第4期25卷 365-368,383页

作者：齐雪梅刘永昌周田利上海电力学院能源与环境工程学院上海200090

以聚合氯化铝为混凝剂，通过烧杯试验研究了单独高锰酸钾、单独粉末活性炭，以及高锰酸钾与粉末活性炭二者联用等方法对混凝去除微污染水源中污染物的性能．研究结果表明，高锰酸钾与粉末活性炭联用对水中有机物和浊度的去除有一定的强... 详细信息

以聚合氯化铝为混凝剂，通过烧杯试验研究了单独高锰酸钾、单独粉末活性炭，以及高锰酸钾与粉末活性炭二者联用等方法对混凝去除微污染水源中污染物的性能．研究结果表明，高锰酸钾与粉末活性炭联用对水中有机物和浊度的去除有一定的强化作用，在相同混凝剂用量时，UV254和浊度的去除率可提高7％～10％；在达到相近的有机物去除率时，可显著降低混凝剂的投加量．

关键词：高锰酸钾粉末活性炭污染物去除

金属有机骨架ZIF-8纳米材料对苯并三唑类污染物的吸附与去除

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金属有机骨架ZIF-8纳米材料对苯并三唑类污染物的吸附与去除

全国环境纳米技术及生物效应学术研讨会

作者：蒋俊清杨成雄严秀平南开大学化学学院分析科学研究中心药物化学生物学国家重点实验室天津市分子识别与生物传感重点实验室天津化学化工协同创新中心

苯并三唑是一类分子中同时含有苯环和三唑环的芳香化合物。这类物质广泛应用于光稳定剂、金属缓蚀剂和防腐剂,以及冷却液,防冻液,飞机除冰剂以及洗涤剂等[1-4]。由于这类物质的广泛分布及其生物毒性,已经将其认定为一种新兴的污染物[5]... 详细信息

苯并三唑是一类分子中同时含有苯环和三唑环的芳香化合物。这类物质广泛应用于光稳定剂、金属缓蚀剂和防腐剂,以及冷却液,防冻液,飞机除冰剂以及洗涤剂等[1-4]。由于这类物质的广泛分布及其生物毒性,已经将其认定为一种新兴的污染物[5]。我们开展了以金属有机骨架ZIF-8纳米材料作为新型吸附剂对水溶液中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑的快速和高效去除研究。ZIF-8具有良好的化学和溶剂稳定性,对水中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑具有较快的吸附动力学（2 min内被ZIF-8所吸附）、较强的吸附能力以及很好的脱附和重复使用能力。ZIF-8对水中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑的吸附符合准二级吸附动力学以及Langmuir吸附模型。这个吸附过程是一种吸热和熵增的自发过程。同时,我们评价了不同p H值,离子强度,有机介质等对吸附的影响,并探讨了ZIF-8对于水溶液中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑吸附的吸附机理。实验结果表明ZIF-8对水中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑都具有较强的抗干扰能力,而这种吸附能力来源于疏水相互作用,π-π相互作用以及ZIF-8骨架中的Zn离子与目标物分子中氮原子的配位作用。研究结果表明ZIF-8有望成为一种对环境水中的苯并三唑和5-甲基苯并三唑污染物实现高效去除的优良吸附剂。

关键词：环境纳米技术污染物去除

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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纳米复合膜高效去除有机污染物的实验设计

实验科学与技术 2024年第2期22卷 87-93页

作者：黄艳萍杨博刘百仓赵伟锋四川大学化学工程学院成都610065 四川大学高分子科学与工程学院成都610065 四川大学建筑与环境学院成都610065

为解决水体污染日趋严重的问题,结合光催化降解有机物的研究前沿,设计了基于吸附与光催化协同效应的“纳米复合膜高效去除有机污染物”交叉性综合实验。该实验合成了带有羧酸根的聚合物p(MMA-AA),将其和聚醚砜(PES)及二氧化钛(TiO_(2))... 详细信息

为解决水体污染日趋严重的问题,结合光催化降解有机物的研究前沿,设计了基于吸附与光催化协同效应的“纳米复合膜高效去除有机污染物”交叉性综合实验。该实验合成了带有羧酸根的聚合物p(MMA-AA),将其和聚醚砜(PES)及二氧化钛(TiO_(2))进行复合制成平板膜。实验结果表明,在没有光照的环境中,仅靠膜的吸附作用对污染物的清除效率较低。在光照作用下,羧酸根不断静电吸附罗丹明B,同时被TiO_(2)通过光催化降解,实现了污染物的快速清除。

关键词：光催化水污染污染物去除交叉性综合实验高分子